第四章 齿轮加工.ppt

1、2020/8/3,1,第四章 齿轮加工机床,2020/8/3,2,本章目的,学习齿轮加工机床的用途、分类、加工方法； 掌握滚齿机的加工原理、传动原理及运动分析； 传动系统的调整计算； 了解滚刀安装角的调整、运动方向的确定。,2020/8/3,3,重点与难点,滚齿机的传动原理 滚齿机的传动链调整计算,2020/8/3,4,第一节 工作原理和分类,加工齿轮轮齿的机床 齿轮传动应用广泛 齿轮传动在圆周速度和传动精度等方面的要求越来越高 促进了齿轮加工机床的发展 机械制造业中重要的加工设备,2020/8/3,5,一、齿轮加工机床的工作原理,齿轮加工机床的种类繁多，构造各异 成形法 范成法,2020/8

2、/3,6,1.成 形 法,要求：刀具的切削刃形状与被切齿轮的齿槽形状相吻合。 优点：机床较简单，可利用通用机床加工。 缺点：对于同一模数的齿轮，只要齿数不同，齿廓形状就不相同，需采用不同的成形刀具； 加工出来的齿形是近似的，加工精度较低； 每加工完一个齿槽后，工件需要周期地分度一次，生产率也较低。,2020/8/3,7,2020/8/3,8,2020/8/3,9,用单齿廓成形刀具加工齿轮 用于修配行业中加工精度要求不高的齿轮 用于重型机器制造业中，以解决缺乏大型齿轮加工机床的问题。 采用多齿廓成形刀具时，在一个工作循环中即可加工出全部齿槽，生产率很高，但刀具制造复杂，仅用于大量生产中。,202

3、0/8/3,10,2. 范 成 法,范成法: 利用齿轮的啮合原理 把齿轮啮合副（齿条-齿轮、齿轮齿轮）中的一个转化为刀具；另一个转化为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而范成切出齿廓。,2020/8/3,11,2020/8/3,12,2020/8/3,13,范成法切齿所用刀具切削刃的形状相当于齿条或齿轮的齿廓，它与被切齿轮的齿数无关 每一种模数，只需用一把刀具就可以加工各种不同齿数的齿轮。 加工精度和生产率一般比较高 应用广泛,2020/8/3,14,二、齿轮加工机床的类型,按照被加工齿轮种类不同，齿轮加工机床可分为两大类 圆柱齿轮加工机床滚齿机、插齿机、车齿机等 锥齿轮加工机床 加工直齿

4、锥齿轮：刨齿机、铣齿机、拉齿机 加工弧齿锥齿轮：铣齿机； 加工齿线形状为延伸渐开线：锥齿轮铣齿机。 精加工齿轮齿面：珩齿机、剃齿机和磨齿机等。,2020/8/3,15,第二节 滚齿机的运动分析,滚齿机主要用于滚切直齿和斜齿圆柱齿轮和蜗轮,1.滚切原理-展成法：相当于一对螺旋齿轮啮合滚动的过程 齿轮滚刀,8/3/2020,16,2. 滚切直齿圆柱齿轮 所需运动： 展成运动-滚刀与工件之间的啮合运动 沿工件轴线的移动-形成导线 主运动-滚刀的旋转,进给运动，mm/r,形成渐开线（母线）,8/3/2020,17,3. 滚刀的安装： 滚刀轴线与被切齿论端面之间应倾斜一个角度滚刀安装角。数量上等于滚刀的

5、螺旋升角 注意旋向！,8/3/2020,18,三.滚切斜齿圆柱齿轮,机床的运动和传动原理图 端面齿廓渐开线：需要产生渐开线的展成运动 齿长方向是螺旋线,与直齿齿轮相同,复合进给运动：A21,B22(附加运动）,8/3/2020,19,产生螺旋线的内联系传动链：连接刀架移动A21和工件的附加转动B22 刀架移动距离导程T-工件附加转动一转 差动链 换置器官传动比iy B12,B22干涉-合成机构,8/3/2020,20,2.滚刀的安装,安装角与滚刀的螺旋线方向及螺旋升角，被加工齿轮的螺旋线方向及螺旋角有关。 滚刀与齿轮螺旋线同向： = - ,3. 工件附加转动的方向 （参见图4-9）,2020/

6、8/3,21,第三节 典型滚齿机的传动分析,Y3150E型滚齿机传动系统及其调整计算,2020/8/3,22,2020/8/3,23,1。组 成,床身 立柱 刀架溜板 工作台 心轴 后立柱 支架,刀杆 刀架体 床鞍,2020/8/3,24,直齿圆柱外齿轮 斜齿圆柱外齿轮 蜗轮 短花键轴,成批、小批、单件生产,2 加工范围,2020/8/3,25,Y3150E主要参数,最大加工直径 500mm 最大加工模数 8mm 最大加工宽度 250mm 工件最少齿数 Z=5*K 主电机功率5.5KW 转速1410rpm 机床重量 4300KG,主轴转速 9级 40-250 刀架垂直进给量 12级 0.4-4

7、mm/工作台每转 刀架最大回转角度 240,2020/8/3,26,主运动传动链 范成运动传动链 轴向进给传动链 附加运动传动链,径向进给传动链 切向进给传动链 刀架快速空行程传动链,3 传动链,2020/8/3,27,（一）加工直齿圆柱齿轮的调整计算,2020/8/3,28,2020/8/3,29,2020/8/3,30,2020/8/3,31,2020/8/3,32,1主运动传动链,两端件: 电动机 滚刀主轴 计算位移：n 电（r/min）- n刀（r/min） 运动平衡式： 换置公式,2020/8/3,33,u2-3轴II-III间的可变传动比；共三种： u=27/43；31/39；35

8、/35； A/B-变速挂轮； 三种 A/B=22/44；33/33；44/22 根据滚刀的转速，计算uv，并决定u2-3的啮合位置和A/B,2020/8/3,34,v=15-40m/min 滚刀主轴转速9级: 40, 50, 63, 80, 100, 125,160, 200, 250 转速级数较少,最高转速较低 滚刀材料为高速钢，工件材料为铸铁和钢，且滚刀刃磨麻烦，选用切削速度较低； 滚刀尺寸已标准化，直径变化范围小。,2020/8/3,35,挂轮变速特点,可简化变速箱结构 调整时间长 传动比1/4-2 尽可能对称，用较少的齿轮获得较多的传动比。,2020/8/3,36,2范成运动传动链,两

9、端件 滚刀主轴(滚刀转动）工作台(工件转动） 计算位移：滚刀主轴工件 1转 - k/z转 运动平衡式为：,2020/8/3,37,2范成运动传动链,2020/8/3,38,范成运动传动链换置公式:,2020/8/3,39,结构性挂轮,目的：用于工件齿数Z在较大范围内变化时ux的调整，保证分子、分母相差倍数不致过大，使挂轮结构紧凑。 5z/k20时， 取e=48，f=24； 21z/k142时， 取e=36，f=36； z/k143时， 取e=24，f=48。,2020/8/3,40,有关说明,“24”为范成常数，由传动比决定，要求能方便配算挂轮； 内联系传动链，保证齿形的范成和分度严格的运动关

10、系 传动链误差影响齿形精度,2020/8/3,41,3轴向进给运动传动链,2020/8/3,42,3轴向进给运动传动链,两端件： 工作台（工件转动）刀架（滚刀移动） 计算位移： 工作台刀架进给 1转 - f（mm） 运动平衡式为：,2020/8/3,43,换 置 公 式,f轴向进给量，单位为mmr； 根据工件材料、加工精度及表面粗糙度等选定； a1/b1轴向进给挂轮； u17-18轴17-18间的可变传动比，共三种： u17-18 =49/35；30/54；39/45,2020/8/3,44,进给量值mm/r,2020/8/3,45,（二）加工斜齿圆柱齿轮的调整计算,2020/8/3,46,2

11、020/8/3,47,主运动及范成运动,1主运动传动链 和加工直齿圆柱齿轮时相同。 2范成运动传动链 传动路线及两端件计算位移：和加工直齿圆柱齿轮时相同 运动合成机构用离合器M2联接，其传动比为 u合1=-1,2020/8/3,48,负号说明范成运动传动链中轴X与IX的转向相反 在实际加工时，要求两轴的转向相同 在范成运动挂轮UX时，配加一个惰轮，以消除“-”号的影响。,2020/8/3,49,3轴向进给运动传动链 和加工直齿圆柱齿轮相同 进给量不同,2020/8/3,50,4附加运动传动链,两端件： 滚刀刀架-工作台（工件附加转动） 计算位移：刀架沿工件轴向移动一个螺旋线导程S时，工件应附加

12、转1转 运动平衡式为：,2020/8/3,51,3-轴向进给丝杠的导程，mm u合2-运动合成机构在附加运动传动链中的传动比，u合2=2 a/bc/d-范成运动链挂轮传动比 S被加工齿轮螺旋线的导程，mm mn 法向模数，单位mm 被加工齿轮螺旋角，单位为度。,2020/8/3,52,换置公式,形成螺旋线齿线的内联系传动链，传动比数值的精确度，影响工件齿轮的齿向精度 换置公式中包含有无理数sin 8级精度斜齿轮，准确到小数点后第四位 7级精度斜齿轮，准确到小数点后第五位,2020/8/3,53,运动平衡式中包含有ux，使uy不包含工件齿数Z，一对啮合的斜齿轮，模数相同，螺旋角绝对值也相同。 用

13、一把滚刀加工一对斜齿轮时，即使齿数不同，仍可用相同的uy，且只需计算和调整一次挂轮。 附加运动的方向，由惰轮保证，所产生的螺旋角误差，对于一对齿轮是相同的，仍可获得良好的啮合。,2020/8/3,54,刀架的传动丝杠采用模数螺纹，其导程为3使换置公式中不含，计算简便 左旋和右旋螺旋齿线是靠附加运动配加惰轮，改变附加运动B22的方向而获得的。,2020/8/3,55,2020/8/3,56,附加运动挂轮,2020/8/3,57,范成运动挂轮,2020/8/3,58,进给运动挂轮,2020/8/3,59,（四）刀架快速移动的传动路线,目的：刀架作快速升降运动 调整刀架位置 进给前后实现快进和快退

14、加工斜齿轮时，检查附加运动的方向 传动路线： 快速电机-13/26-M3-2/25-丝杠 方向：电机方向变换 手柄P3置于“快速移动”位置,2020/8/3,60,2020/8/3,61,加工斜齿轮时，第一刀初切完毕，使用快速移动向上退回刀架，附加运动传动链未断开，滚刀仍按原来螺旋线轨迹退回，不会出现“乱牙” 使用快速电机，主电机可转可不转，它们属于两个不同的独立运动,2020/8/3,62,刀架快速退回 如：主电动机仍转，这时刀架带着以B11旋转 的滚刀退刀，而工件以B12 +B22的合成运动旋转 如：主电动机停止，刀架快退时，刀架上 的滚刀不转，但是工作台上的工件还是会转动，这是由附加运动

15、传动链带来的B22 。,2020/8/3,63,三、滚刀刀架结构和滚刀的安装调整,2020/8/3,64,（一）滚刀刀架的结构,作用：1.支承滚刀主轴 2.带动安装在主轴上的滚刀作沿工件轴向的进给运动。 组成：刀架体和刀架溜板。 装有滚刀主轴的刀架体可相对刀架溜板转一定角度，以便使主轴旋转轴线处于所需位置， 刀架溜板则可沿立柱导轨作直线运动,2020/8/3,65,2020/8/3,66,图4-8Y3150E型滚刀刀架的结构,刀架体1用装在环形T型槽内的六个螺钉4固定在刀架溜板。 调整滚刀安装角时，松开螺钉4，然后转动方头P5，经蜗杆蜗轮副130及齿轮z16 带动齿轮Z148，使刀架体回转至所

16、需的位置。,2020/8/3,67,主轴14前（左）端用内锥外圆的滑动轴承13支承，以承受径向力，并用两个推力球轴承11承受轴向力。 主轴后（右）端通过铜套8及套筒9支承在两个圆锥滚子轴承6上。 轴承13及11安装在轴承座15内，15用六个螺钉2通过两块压板压紧在刀架上。 主轴以其后端的花键与套筒9内的花键孔联接，由齿轮5带动旋转。,2020/8/3,68,当主轴前端的滑动轴承13磨损，引起主轴径向跳动超过允许值时，可以通过修磨垫片10及12。如需调整主轴的轴向窜动，则可将垫片10适当磨薄。 安装滚刀的刀杆17用锥柄安装在主轴前端的锥孔内，并用方头螺杆7将其拉紧。 刀杆左端装在支架16上的内锥

17、套支承孔中，支架16可在刀架体上沿主轴轴线方向调整位置，并用压板固定在所需位置上。,2020/8/3,69,串 刀,串刀：调整滚刀轴向位置 目的： 1.使滚刀的刀齿（或齿槽）对称于工件的轴线，以保证加工出的齿廓两侧对称； 2.使滚刀的磨损不致集中在局部长度上，而是沿全长均匀地磨损，以提高滚刀使用寿命。,2020/8/3,70,如何串刀,调整时，先放松压板螺钉2，然后,用手柄转动方头轴3,通过方头轴3上的齿轮,经轴承座15上的齿条，带动轴承座连同滚刀主轴一起轴向移动。 调整妥当后，应扳紧压板螺钉。 Y3150E型滚齿机滚刀最大串刀范围为55mm。,2020/8/3,71,2020/8/3,72,

18、2020/8/3,73,2020/8/3,74,2020/8/3,75,2020/8/3,76,（二）滚刀安装角的调整,滚齿时，为了切出准确的齿形，应使滚刀和工件处于正确的“啮合”位置 滚刀在切削点处的螺旋线方向应与被加工齿轮齿槽方向一致。 需将滚刀轴线与工件顶面安装成一定的角度，称作安装角。 安装角： 被加工齿轮的螺旋角 滚刀的螺旋升角,2020/8/3,77,工作台,被加工齿坯通过工件心轴或夹具装在工作台上，由工作台带动作回转运动。 组成：工作台、底座、蜗杆蜗轮副、快速驱动工作台油缸等。 双圆环导轨支承和长锥体定心 轴向负荷由工作台底座上的环形导轨a、b承受 径向负荷由长锥体滑动轴承承受,2020/8/3,78,2020/8/3,79,四 滚切齿数大于100的质数直齿圆柱齿轮的调整计算,2020/8/3,80,1。加工原理,选择一接近于所需加工的齿数z的数值z0 来调整范成运动传动链 范成运动传动链两端件运动关系改变为：滚刀主轴转1转，工件转k/z0转。因而，在范成运动中，滚刀转1 转时，工件产生运动误差（kz-k/z0）转。 附加运动传动链，在工件转k/z 转过程中，使工件得到附加的（kz-k/z0）转，从而加工出齿轮齿数为Z的直齿圆柱齿轮。,2020/8/3